先週、米国とカナダのApple Storeで、旧型のオリジナルMagSafeコネクタ用のMagSafe 2アダプタが販売終了と表示されたのは、何かの予兆と捉えるべきだったのかもしれません。今週は在庫が復活しましたが、シングルポートのMacBookの登場により、新型MacノートPCにおけるMagSafeの将来は不透明です。電源、データ、ディスプレイの接続がUSB-Cのみとなった今、MagSafeはもはや姿を消してしまうかもしれません。
残念なことに、Appleはあらゆる年齢の人々、そしてもしかしたら一部の動物でさえ、Macノートパソコンの電源ケーブルを気にしないように仕向けてしまったのです。さあ、踏みつけてみよう！つまずいても、引っ張っても、ほんの少しの力で抜けてしまうのです。
Apple の MagSafe 特許を引用すると:
…磁気的に引きつけられる 2 つの半分の表面積によって磁束線の数が決まり、その結果、それらの間の保持力が決まります。保持力は磁気的に引きつけられる 2 つの半分の間の接触面積に比例するためです…
彼らが言ったこと。
USB Type C（またはUSB-C）ケーブルにはそのような利点はありません。USB-Cケーブルには2つの明確な違いがあります。まず、USB-Cのオス端子（ケーブルの先端など）は、より大きく奥深いType AやType BのUSBコネクタと同様にポートに差し込まれます。
第二に、MagSafeは「非軸方向」の力（まっすぐ外れる方向を除くあらゆる方向）に対応するように最適化されていますが、USB-Cタイプのプラグとジャックは、この非軸方向の力の影響を最も受けます。天体物理学者のケイティ・マック氏は、「MagSafeコネクタの優れた点は、他の方向に力を加えると磁気シールが簡単に破れ、コネクタを完全に取り外すのに実質的に力を必要としないことです」と述べています。
MagSafe (右) と MagSafe 2 (左) は USB-C ほど多用途ではありませんが、これまで何度も私たちを救ってくれました。
しかし、USB-Cケーブルが先に抜けるのと比べて、コードトリッパーが新しいMacBookを引っ張って外す可能性はどれくらいあるのだろうか？マック氏と複数のエンジニアが検証した私の計算によると、すべての条件が完璧に揃わない限り、MacBookが多少、あるいは大きく動くことはほぼ確実だ。
ちょっと待って！少し計算の問題が出ますが、やる価値はありますよ。
力に乱れがある
USBインプリメンターズフォーラムは、USB-Cケーブルを引き抜くために必要な力の正確な値をニュートン（N）で規定しています。これは、1キログラム（kg）の質量を1メートル毎秒の2乗（1m/s 2）で加速するために必要な力です。加速されている物体は継続的に速度を増加させるため、静止状態で1m/s 2で移動する物体は、最初の1秒間で0.5m（1.6フィート）、次の1秒間で2m、そして3秒間で4.5m移動します。
USBグループによると、新品のコネクタの引き抜きには8N～20Nの力が必要だそうです。10,000回の挿抜サイクルを経ても、少なくとも6Nは必要になるはずです。（ちなみに、部品として販売されているUSBタイプAコネクタの引き抜き力は通常、最低10Nと記載されています。）
MacBookは、ただ置いてあるだけでも引力を発揮します。まず、その質量は2.03ポンド（0.92 kg）で、1m/s 2まで加速するには約0.9Nの力が必要です。しかし、私たちの世界には重力も存在するため、いわゆる垂直抗力を計算する必要があります。MacBookが水平面にあると仮定しましょう。地球は地表で約10m/s 2の引力を発揮しています。これに0.92 kgを掛けて、ニュートン単位の力、つまり約9Nを算出します。（航空宇宙エンジニアのブラッドリー・グジェシアック氏から、小数点以下の桁数はあまり多くしないようにと注意されました。地球の重力は地球上で大きく変化するからです。）
スージー・オックス 新しいMacBookは、現行のApple製ノートパソコンと同様に、底面にゴム足が付いています。しかも軽量なので、移動にそれほど力はかかりません。
しかし、摩擦を考慮に入れる必要があります。ゴム足付きのMacBook（MacBook Airと同じように4本足です）が木製のテーブルの上に置かれていると仮定します。私が見つけた最も近い比較対象は、木材に対するゴムの標準的な摩擦係数で、静止摩擦（スティクションとも呼ばれます）、つまり静止時の摩擦係数は0.70です。科学、ソフトウェア、エンジニアリングに関する非常に巧妙な記事を書いているコンサルティングエンジニアのインターネットネーム、Dr. Drangは、多くの表面では0.70が楽観的であり、0.40の方がより妥当だとメールで示唆しました。
係数0.70を掛けると約6N、0.40を掛けると約4Nになります。ノートパソコンが滑らかな金属やガラスのテーブルの上にある場合、係数は0.20、つまり2N程度になるかもしれません。重力を考えてみましょう。この2Nから6Nの範囲は、地球の重力の約20%から60%です。それほど大きくはありません！
しかし、Grzesiak氏は1942年に米国規格協会（現NIST）が作成したゴムに関する試験報告書（上記参照）を紹介してくれました。この報告書では、様々な初期加速度における静摩擦を克服する初期点について、より詳細に検討されています。速度ゼロからの加速度が大きいほど、係数は大きくなります。
ゴムの摩擦特性についてもっと詳しく知りたいですか？ ええ、ゴムの摩擦特性についてもっと詳しく話せますよ。
ケーブルの引っ張りによってノートパソコンは急激に加速され、ガラステーブルに置かれたゴムの初期加速度は最大5に達する可能性があります。つまり、MacBookを動かすには地球の重力の5倍（50ニュートン）程度の力が必要になるということです。しかし、力には質量と加速度が関係していることを思い出してください。例えば、人間の脚がケーブルに接触するような重い物体が急に引っ張られると、瞬間的にその桁の力が生じる可能性があります。
ノートパソコンが静摩擦を克服すると、動摩擦が作用し、ノートパソコンの動きを維持し、さらに加速するために必要な力が大幅に減少します。
素晴らしい結果
理想的な初期条件と推定された初期条件が多数用意されているので、思考実験を実行できます。（Appleに意見を求めましたが、返答はありませんでした。）
誰かが最も完璧な転倒を起こし、力の方向が USB-C ジャックと完全に反対になり、他の方向には考慮する必要のあるずれが生じない場合を考えてみましょう。
このシナリオでは、MacBookを魔法の1m/s 2という加速度に到達させるには、材質や仮定にもよりますが、最初に2Nから50Nの力をかける必要があることが分かっています。しかし、その後は力は弱くなります。コネクタを外すには8Nから20Nの力で引っ張る必要があるため、これは明らかに曖昧です。静摩擦が克服される頃には、プラグはジャックから抜けているでしょうか？
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そして、ここで少し問題があります。加速が速ければ速いほど、より大きな力が作用します。つまり、1キログラムを2m/s 2に換算すると、力は2Nになります。したがって、先ほど述べたように、誰かの脚がケーブルと交差する動作を考えてみましょう。そして、力に作用する脚の質量を10kgと仮定します。これは、発生する加速度に対して10倍の乗数となります。
ケーブルの先端とソケットの寸法はわずか6mmです。USBケーブルの引抜力の上限である20Nが静摩擦、8Nが動摩擦だと仮定すると、ノートパソコンがほとんど動かない、あるいは全く動かないうちに、ほんの一瞬でケーブルが外れる可能性が考えられます。
ドラング博士はさらに説明してくれました。
ケーブルを引っ張ったときにMacBookに何が起こるかは、加える力の大きさよりも、加える速さに大きく左右されます。ケーブルを一定の速度、あるいは4.8 m/s 2未満の加速度で引っ張ると、コネクタは抜けず、MacBookを床に落としてしまうでしょう。一方、17.8 m/s 2を超える加速度で引っ張ると、コネクタが抜けて、あなたは安堵のため息をつくでしょう。
USB Implementors Forum では仕様で幅広い範囲を説明しているため、Apple の特定の USB-C アダプタを複数のコンピュータで抽出力についてテストするまで、必要な加速を知ることは不可能です。
コードが引っかかったり、あらゆる角度や方向から引っ張られたりするせん断力のあるケースも見てみましょう。マック氏は、「誤ってケーブルをきれいに引き抜くのは非常に困難です。真っ直ぐではない角度で引っ張ると、摩擦を大幅に増加させる方向に力が向くため、非常に困難になります」と述べています。
ドラング博士とマック博士は共に、ノートパソコンが表面から引きずり落とされるほど自由であれば、まずノートパソコンを水平方向に回転させることで、そのせん断力を軽減できると述べています。しかし、MacBook本体からケーブル上の力が加わる箇所までの角度が依然として問題となります。おそらく垂直方向、つまりプラグの差し込み口から床までの高さで、誰かの足がケーブルに引っかかるような角度です。
オレゴン州ポートランド在住の工業デザイナーで、Luma Labsのプリンシパルでもあるグレッグ・ケーニグ氏は、私の依頼を受けて、Appleのロジックボードの画像やその他のMacBookの写真を調べた。彼は、USB-Cメスコネクタが以前のMacBookのコネクタとは異なり、メインロジックボードの一部ではないことを指摘した。これにより、万が一損傷が発生した場合でも、損傷を隔離できる。
りんご 新型MacBookのロジックボードは筐体の端まで伸びていないため、USB-Cポートが損傷しても、MacBookの他の部分には影響がない可能性があります。ただし、床に落下していないことが前提です。
ケーニグ氏によると、ポートの設計では、アルミニウムケースから金属板が露出することはないという。十分な斜めの力を加えれば、ケーブルの金属ヘッドはMacBookのフレームに固定され、ポートに直接負荷がかかることはない。ラップトップが地面から外れている場合、ケーブルを斜めに引っ張ると、私たちの「完全にまっすぐに」引っ張る場合よりも、ラップトップが確実に外れてしまうだろう。
しかし、ノートパソコンが何らかの方法で固定されている場合、たとえしっかりと手で握っていたとしても、ケーブルのオス側が弱点となる可能性が高いため、引きちぎられてしまうだろうとケーニグ氏は述べた。その場合、USB-Cポートにシェルが残るため、MacBookに損傷を与える可能性は低いという。その後、金属シェルを慎重に取り外すことができる。
軽量で素晴らしい旅行
ある意味、私はAppleの設計とテストに関する考え方をリバースエンジニアリングで解明しようとしています。USB-Cの開発におけるAppleのエンジニアリングへのより広範な関与と、具体的な実装の両方においてです。上記の計算と検証はすべて、社内で何千回もシミュレーションとプロトタイピングが行われ、ソケット、ロジックボード、外部ケーブルなどの開発に影響を与えてきました。
結局のところ、それだけでは十分ではない。Macラップトップは、ここ数年よりもはるかに多くの台数が地面に叩きつけられるだろう。月曜日の朝から、MagSafeはAppleがラップトップ用に開発した最高のハードウェア機能だという声が聞こえてきた。それを否定するのは難しい。もっとも、バッテリー駆動時間が非常に長いのも嬉しい点だが。
明らかにMagSafeの方が優れており、専門家も同意しています。今すぐ幼児に再教育することをお勧めします。
(物理学とアイデアの提案について教えてくれた Ramez Naam にも感謝します。)
